Pixel 3如何透過Super Res Zoom技術,不需變焦鏡頭就能拍出清晰照片

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抖動一下,就能重建資訊

在天文攝影的領域中,Drizzle是種已經有超過10年歷史的攝影手法,其概念為拍攝時些微移動相機並拍攝多張照片,再將照片疊合在一起,便能在光線條件良好的情況下達到2~3倍變焦的效果。這個過程也稱為多畫格超高解析度成像(Multi-Frame Super-resolution imaging),我們可以從下方的圖片範例中瞭解其原理。

在一般情況下,相機內的感光元件會因拜爾濾色鏡的限制,每個實際像素只能記錄紅、綠、藍3種顏色其中1種的資訊,但如果我們在拍攝的時候讓相機往右、往下、往右下各移動1個像素的微小移動(專業術語為Microstepping)並拍攝,然後把得到的影像疊合在一起,就能將原本像素中各色空缺的資訊補齊。

然而這種技術有著許多限制條件,最重要的關鍵就是鏡頭處理細節的能力需要高於感光元件,否則就會產生混疊(Aliasing現象,進而讓照片出現摩爾紋(Moiré pattern)等瑕疵,而造成照片失真的問題。

即便拜爾濾色鏡限制了感光元件接觸三原色的能力,但拍攝時讓相機往右、往下、往右下各移動1個像素,就能解決這個問題。

Pixel 3如何透過Super Res Zoom技術,不需變焦鏡頭就能拍出清晰照片

左方的圖片是高解析度的單張照片。右方則為多張連拍,可以看到因混疊讓像素跳來跳去並產生不正常顏色。

不使用角架反而成為優勢

有些數位單眼相機提供搭配角架使用的超高解析度成像模式,需要在機身穩定不晃動的前提下,透過機身內感光元件與光學機構的偏移,達成多畫格超高解析度成像所需的微小移動。這種方式對智慧型手機相當不切實際,我們總不能期望使用者會為了小巧的手機攜帶笨重的角架。

然而只要反過來活用在手持手機拍攝時無法避免的晃動,也能讓這個缺點成為優勢。一般而言光學影像穩定器(OIS,即防手震功能)可以抵消1/30秒內5~20個像素的偏移,而無法抵消更快或更微小的手部自然顫抖,所以我們可以利用這個特性,將僅有幾個像素的微小顫抖利用於多畫格超高解析度成像。

在拍攝過程中,Pixel 3會連續拍攝多張照片,並將其中1張照片當作參考基準,把其他連拍的照片疊合在一起,並透過內插方式修正手部顫抖(因為並不會以1像素為單位精準移動),模擬為多畫格超高解析度成像所需的微小移動,達到提升畫質的鄉同效果。

不過如果因使用角架反而沒有任何手部顫抖的話,Pixel 3就會強迫光學影像穩定器進行抖動(與專業數位單眼相機相同),來滿足多畫格超高解析度成像的條件。

Pixel 3如何透過Super Res Zoom技術,不需變焦鏡頭就能拍出清晰照片

Pixel 3如何透過Super Res Zoom技術,不需變焦鏡頭就能拍出清晰照片

(本圖因技術問題無法顯示,請暫時移至此連結觀看圖片)

(下頁揭曉Pixel 3採用的解決方式)

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